Karakteristik mesin kulkas dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut menggunakan panjang pipa kapiler 175 centimeter.

INTISARI

Mesin pendingin pada saat ini semakin banyak dan semakin luas dimanfaatkan sesuai dengan kemajuan teknologi dan meningkatnya taraf hidup. Mesin pendingin dapat berfungsi sebagai : pendingin, pembeku, pengkondisian udara. Tujuan penelitian ini adalah (a) Membuat kulkas yang bekerja dengan siklus kompresi uap standar dengan pipa kapiler melilit pipa keluar dari evaporator (b) Menghitung kerja kompresor kulkas persatuan massa refrijeran (c) Menghitung nilai energi kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrijeran (d) Menghitung nilai energi kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrijeran (e) Menghitung COPaktual.

Model pembuatan mesin pendingin dengan kapasitas ukuran rumah tangga untuk mendinginkan air dengan siklus kompresi uap. Pengujian dilakukan di Laboratorium Konversi Energi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Data yang diambil dalam pengujian mesin pendingin adalah tekanan kerja, suhu di setiap bagian pipa keluar komponen mesin pendingin dan suhu air. Mesin kulkas menggunakan kompresor dengan daya ¼ PK, evaporator dan kondenser yang dipergunakan merupakan evaporator dan kondenser standar untuk mesin pendingin dengan daya ¼ PK, panjang pipa kapiler yang digunakan adalah 175 cm, diameter pipa kapiler 0,028 inch, refrijeran yang digunakan dalam kulkas adalah R134a, beban pendinginan yang digunakan adalah air dengan volume 1500 ml, temperatur awal beban pendinginan sama dengan temperatur udara lingkungan yaitu 27⁰C.

Hasil perhitungan dari mesin pendingin berupa kerja kompresor (Win), kalor yang dilepas kondensor (Qout), kalor yang diserap evaporator (Qin), dan harga COP (Coefficient of Perfomance) dari mesin pendingin. Mesin pendingin yang telah dibuat mampu mendinginkan air sebanyak 1,5 liter dalam waktu 485 menit dengan suhu air awal sebesar 27°C. Dari hasil penelitian didapatkan nilai kerja kompresor ( ) permassa refrijerator pada saat keadaan tunaknya sebesar 70 kJ/kg. Dari hasil penelitian didapatkan nilai kalor yang dilepas kondensor (Qout) permassa refrijerator pada saat keadaan tunaknya sebesar 188 kJ/kg Dari hasil penelitian didapatkan nilai kalor yang diserap evaporator (Qin ) permassa refrijerator pada saat keadaan tunaknya sebesar 130 kJ/kg. Dari hasil penelitian didapatkan nilai COPaktual permassa refrijerator pada saat keadaan tunaknya sebesar COP sebesar 1,86.

Kata Kunci _{: Mesin pendingin dengan pemanasan dan pendinginan lanjut, siklus}

ABSTRACT

Engine coolant at this time more and more widely utilized in accordance with the advancement of technology and the increasing standard of living . Can serve as an engine cooling : cooling , freezers , air conditioning . The purpose of this study was ( a) Making a refrigerator that works with a standard vapor compression cycle with a capillary tube wrapped around the pipe out of the evaporator ( b ) Calculate the mass unity refrigerator compressor work refrijeran ( c ) Calculate the heat energy released refrijeran condenser mass unity ( d ) Calculating the value of the evaporator heat energy absorbed mass unity refrijeran ( e ) calculate COPaktual .

Model -making machine with a cooling capacity of household size for water to cool the vapor compression cycle . Tests carried out in the Laboratory of Energy Conversion Sanata Dharma University , Yogyakarta. Data taken in testing engine coolant is working pressures , temperatures in each section of pipe out of refrigeration components and water temperature . Refrigerator compressor machine using the power ¼ PK , evaporator and condenser evaporator and condenser used is a standard for engine coolant to power ¼ PK , capillary length used was 175 cm , 0.028 inch diameter capillary tube , which is used in the refrigerator refrijeran is R134a , cooling load used is water with a volume of 1500 ml , the initial temperature of the cooling load equal to the ambient air temperature is 27⁰C.

The results of a refrigeration compressor work ( Win ) , heat is released condenser ( Qout ) , the heat absorbed by the evaporator ( Qin ) , and the price of COP ( Coefficient of Perfomance ) of engine coolant . Engine coolant that has been made to cool as much as 1.5 liters of water in 485 minutes with an initial water temperature of 27 ° C. From the results, the value of the compressor work〖

(Win ) permassa refrijerator when tunaknya state by 70 kJ / kg . From the results, the removable condenser heating value ( Qout ) permassa refrijerator when tunaknya state by 188 kJ / kg From the results, the evaporator is absorbed calorific value ( Qin ) permassa refrijerator when tunaknya state is 130 kJ / kg . From the results, the value COPaktual permassa refrijerator when tunaknya state of the COP of 1.86 .

Keywords : cooling machine with advanced heating and cooling , a standard vapor compression cycle , the COP .

i

DAN PENDINGINAN LANJUT MENGGUNAKAN PANJANG PIPA KAPILER 175 CENTIMETER

TUGAS AKHIR

Untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Mesin

Diajukan oleh : AG DWI PRIYANTO

NIM : 095214010

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA

ii

THE CHARACTERISTIC OF REFRIGERATOR MACHINE WITH SUPER HEATING AND SUB COOLING USING 175 CENTIMETRE

LONG CAPILLARY TUBE FINAL PROJECT

As partial fulfillment of the requirement to obtain theSarjana Teknikdegree

in Mechanical Engineering

by

AG DWI PRIYANTO Student Number : 095214010

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING

FACULTY SCIENCE AND TECHNOLOGY SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA 2013

vii

INTISARI

Mesin pendingin pada saat ini semakin banyak dan semakin luas dimanfaatkan sesuai dengan kemajuan teknologi dan meningkatnya taraf hidup. Mesin pendingin dapat berfungsi sebagai : pendingin, pembeku, pengkondisian udara. Tujuan penelitian ini adalah (a) Membuat kulkas yang bekerja dengan siklus kompresi uap standar dengan pipa kapiler melilit pipa keluar dari evaporator (b) Menghitung kerja kompresor kulkas persatuan massa refrijeran (c) Menghitung nilai energi kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrijeran (d) Menghitung nilai energi kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrijeran (e) Menghitung COPaktual.

Model pembuatan mesin pendingin dengan kapasitas ukuran rumah tangga untuk mendinginkan air dengan siklus kompresi uap. Pengujian dilakukan di Laboratorium Konversi Energi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Data yang diambil dalam pengujian mesin pendingin adalah tekanan kerja, suhu di setiap bagian pipa keluar komponen mesin pendingin dan suhu air. Mesin kulkas menggunakan kompresor dengan daya ¼ PK, evaporator dan kondenser yang dipergunakan merupakan evaporator dan kondenser standar untuk mesin pendingin dengan daya ¼ PK, panjang pipa kapiler yang digunakan adalah 175 cm, diameter pipa kapiler 0,028 inch, refrijeran yang digunakan dalam kulkas adalah R134a, beban pendinginan yang digunakan adalah air dengan volume 1500 ml, temperatur awal beban pendinginan sama dengan temperatur udara lingkungan yaitu 27⁰C.

Hasil perhitungan dari mesin pendingin berupa kerja kompresor (Win), kalor yang dilepas kondensor (Qout), kalor yang diserap evaporator (Qin), dan harga COP (Coefficient of Perfomance) dari mesin pendingin. Mesin pendingin yang telah dibuat mampu mendinginkan air sebanyak 1,5 liter dalam waktu 485 menit dengan suhu air awal sebesar 27°C. Dari hasil penelitian didapatkan nilai kerja kompresor ( ) permassa refrijerator pada saat keadaan tunaknya sebesar 70 kJ/kg. Dari hasil penelitian didapatkan nilai kalor yang dilepas kondensor (Qout) permassa refrijerator pada saat keadaan tunaknya sebesar 188 kJ/kg Dari hasil penelitian didapatkan nilai kalor yang diserap evaporator (Qin ) permassa refrijerator pada saat keadaan tunaknya sebesar 130 kJ/kg. Dari hasil penelitian didapatkan nilai COPaktual permassa refrijerator pada saat keadaan tunaknya sebesar COP sebesar 1,86.

Kata Kunci : Mesin pendingin dengan pemanasan dan pendinginan lanjut, siklus kompresi uap standar, COP.

viii

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena rahmat yang diberikan dalam penyusunan Tugas Akhir ini sehingga semuanya dapat berjalan dengan baik dan lancar.

Tugas Akhir ini merupakan sebagai salah satu syarat yang wajib untuk setiap mahasiswa Jurusan Teknik Mesin sebagai syarat untuk mendapatkan gelar sarjana S-1 pada Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

Berkat bimbingan dan dukungan dari berbagai pihak, akhirnya Tugas Akhir ini dapat terselesaikan dengan baik. Pada kesempatan ini dengan segenap kerendahan hati penulis menyampaikan rasa terimakasih yang sebesar-besarnya kepada :

1. Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si., M.Sc., selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

2. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin, dan Dosen Pembimbing Tugas Akhir, serta Dosen Pembimbing Akademik Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

3. Markus Mursidi dan Theresia Sukarti selaku orang tua penulis dan keluarga penulis yang tidak dapat disebutkan satu persatu yang telah mendukung dan memberi semangat penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir.

x

hal

HALAMAN JUDUL ………...………. i

TITLE PAGE ....…………...………...……….… ii

HALAMAN PENGESAHAN ………...…....………... iii

DAFTAR DEWAN PENGUJI ……….……...………... iv

PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ... v

PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH … vi INTISARI ………..……….. vii

KATA PENGANTAR ………...………...………….. viii

DAFTAR ISI ………...…...………..…...………….. x

DAFTAR GAMBAR ... xii

DAFTAR TABEL ... xiv

BAB I PENDAHULUAN ………..……….…….. 1

1.1. Latar Belakang Penelitian ………...……… 1

1.2. Perumusan Masalah …….……...…………...…………. 2

1.3. Tujuan Penelitian ………...………...…………... 2

1.4. Manfaat Penelitian ... 3

1.5. Batasan Masalah ... 3

BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA ...….. 4

2.1. Dasar Teori …....………...…... 4

2.1.1. Kulkas ...………...…………... 4

2.1.2. Kulkas dan Spesifikasinya ...……….………. 4

2.1.3. Komponen Utama Mesin Pendingin Siklus Kompresi Uap ... 8

2.1.4. Laju Perpindahan Kalor ... 14

2.1.5. Perpindahan Kalor Konveksi …... 15

2.1.6. Perpindahan Kalor Konduksi ... 17

2.1.7. Refrijeran ...…... 18

xi

2.1.9. Pendinginan Lanjut ... 21

2.1.10. Pemanasan Lanjut …………... 22

2.1.11. Perhitungan Karakteristik Mesin Pendingin ………... 24

2.2. Tinjauan Pustaka ... 25

BAB III PEMBUATAN ALAT DAN METODOLOGI PENELITIAN …. 28 3.1. Pembuatan Alat …………..…………... 28

3.1.1 Komponen Kulkas …...…...………….... 28

3.1.2 Peralatan Pendukung Pembuatan Kulkas …...…...….. 31

3.1.3. Langkah Langkah Pembutan Kulkas ...…...………...….... 34

3.2. Metodologi Penelitian …..…………... 35

3.2.1. Objek Penelitian …………..…………... 35

3.2.2. Beban Pendinginan …………..…………... 36

3.2.3. Cara Pengambilan Data …………... 36

3.2.4. Cara Pengolahan Data …………..………... 37

3.2.5. Cara Mendapatkan Kesimpulan …………... 38

BAB IV HASILPERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN ...…... 39

4.1. Hasil Penelitian ……....………...……...…....……... 39

4.2. Perhitungan ... 42

4.3. Pembahasan …...…...……….…. 45

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ...……... 50

5.1. Kesimpulan …....………...………… 50

5.2. Saran ...……...………...……….… 50

DAFTAR PUSTAKA ... 52 LAMPIRAN

xii

hal

Gambar 2.1. Kulkas tipe X1 …...………..………...₅

Gambar 2.2. Kulkas tipe X2 …………...…..…..…. 6

Gambar 2.3. Kulkas tipe X3 ………...……..…..…. 7

Gambar 2.4. Komponen utama mesin kulkas ………..…... 9

Gambar 2.5. Kompresor jenis piston …...………... 9

Gambar 2.6. Kompresor jenis rotary ...………..…. 10

Gambar 2.7. Evaporator kulkas ...…………..………. 12

Gambar 2.8. Kondenser .………...…………..……… 13

Gambar 2.9. Pipa kapiler …... 13

Gambar 2.10. Filter ...………...………... 14

Gambar 2.11. Contoh Perpindahan Kalor Konveksi ...……..………... 15

Gambar 2.12. Perpindahan Kalor Konveksi. ... 16

Gambar 2.13. Contoh Perpindahan Kalor Konduksi ...….. 17

Gambar 2.14. Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut ...…... 20

Gambar 2.15. Diagram T-s ... 20

Gambar 2.16. Diagram P-h ...……... 20

Gambar 2.17. (a) Diagram T-s ...…... 23

Gambar 2.17. (b) P-h Pemanasan Lanjut dan Pendinginan Lanjut. ... 23

Gambar 3.1. Kompresor ... 28

Gambar 3.2. Kondenser ... 29

Gambar 3.3. Pipa Kapiler ... 30

Gambar 3.4. Evaporator …... 30

Gambar 3.5. Pemotong Pipa ...……... 31

Gambar 3.6. Pelebar pipa ... 32

Gambar 3.7. Tang …... 32

Gambar 3.8. Manifold gauge ……... 33

Gambar 3.9. Termokopel digital ...…... 33

xiii

Gambar 3.11. Lokasi penempatan termokopel dan alat ukur tekanan ….. 37 Gambar 3.12. Contoh penggunaan p-h diagram untuk mencari entalpi ... 38 Gambar 4.1. Kerja Kompresor Persatuan Massa Refrijerani Dari

t = 5 Menit Sampai t = 485 Menit ...….. 45 Gambar 4.2. Energi Kalor Yang Dilepas Kondenser Persatuan Massa

Refrijeran Dari t = 5 Menit Sampai t = 485 Menit ... 46 Gambar 4.3. Energi Kalor Yang Dihisap Evaporator Persatuan Massa

Refrijeran Dari t = 5 Menit Sampai t = 485 Menit ... 47 Gambar 4.4. Nilai koefisien prestasi aktual (COP aktual). ... 48

xiv

DAFTAR TABEL

hal

Tabel 4.1. Tekanan Masuk Dan Kaluar Kompresor ...….….. 39

Tabel 4.2. Suhu Masuk Dan Keluar Komoresor ………...….…... 40

Tabel 4.3. Suhu Masuk Dan Keluar Kondenser .………... 40

Tabel 4.4. Suhu Masuk Dan Keluar Evaporator ...…...………... 41

Tabel 4.5. Suhu Kerja Evaporator Dan Kondenser .………... 41

Tabel 4.6. Nilai Entalpi ...…...…...……... 42

Tabel 4.7. Kerja Kompresor Perstuan Massa Refrijeran .………... 43

Tabel 4.8. Energi Kalor Persatuan Massa Refrijeran Yang Dilepas Kondenser ...43

Tabel 4.9. Energi Kalor Persatuan Massa Refrijeran Yang Diserap Evaporator ...44

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Dijaman modernisasi sekarang ini perkembangan teknologi semakin lama semakin pesat. Para ilmuan berlomba-lomba menciptakan alat untuk membantu mempermudah masyarakat melakukan kegiatannya sehari-hari. Sebagai misal mesin pendingin, banyak dijumpai diberbagai tempat: di dalam rumah tangga, di swalayan/mall, di rumah sakit, di kantor-kantor, di tempat industri, di tempat hiburan dan bahkan di berbagai alat transportasi. Beberapa mesin pendingin mempunyai fungsi/peranan yang berbeda-beda. Ada yang berfungsi untuk mendinginkan, membekukan, mengawetkan makanan dan ada juga yang berfungsi untuk sistem pengkondisian udara.

Untuk rumah tangga mesin pendingin biasanya digunakan sebagai pengawet makanan dan penyejuk ruangan. Kegunaan lain dari mesin pendingin adalah untuk kebutuhan perdagangan, seperti mengawetkan daging dalam jumlah banyak pada tempat pemotongan hewan. Pada perkantoran mesin pendingin berfungsi sebagai penyejuk ruangan agar orang yang bekerja pada kantor tersebut merasa lebih nyaman dalam bekerja, sedangkan pada sistem transportasi mesin pendingin dapat berfungsi sebagai penyejuk udara pada kendaraan pribadi maupun komersil dan sebagai pendingin untuk mengawetkan bahan makanan pada saat dipindahkan dari satu tempat ke tempat lainnya.

Proses pendinginan pada mesin pendingin, umumnya menggunakan sistem siklus kompresi uap. Sebagai fluida kerja digunakan refrijeran yang mudah diubah bentuknya dari cair menjadi gas maupun dari gas menjadi cair untuk mengambil panas dari evaporator dan membuangnya di kondenser. Jenis refrijeran yang umum digunakan pada saat ini adalah refrijeran yang ramah terhadap lingkungan karena tidak mengandung clorofluorocarbon (CFC) yang dapat merusak ozon. Mengingat pentingnya mesin pendingin dan luasnya pemakaian mesin pendingin, maka penulis tertarik untuk mengetahui lebih dalam tentang mesin pendingin dengan melakukan penelitian tentang mesin pendingin, khususnya mesin pendingin kulkas

1.2. Perumusan Masalah

Dalam penelitian ini, akan dicari karakteristik kulkas yang bekrja dengan siklus kompresi uap. Kulkas yang akan ditinjau adalah kulkas dengan daya 1/4 PK. Kulkas yang dipergunakan dalam penelitian ini merupakan kulkas hasil buatan sendiri.

1.3. Tujuan penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah :

a. Membuat kulkas yang bekerja dengan siklus kompresi uap standar dengan pipa kapiler melilit pipa keluar dari evaporator.

b. Menghitung kerja kompresor kulkas persatuan massa refrijeran. c. Nilai energi kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrijeran d. Nilai energi kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrijeran

e. Menghitung COPaktual.

1.4. Manfaat penelitian

Manfaat dari penelitian ini adalah :

a. Bagi peneliti mampu memahami karakteristik kulkas dengan siklus kompresi uap.

b. Bagi peneliti mempunyai pengalaman dalam pembuatan kulkas dan mesin pengkondisian udara yang mempergunakan siklus kompresi uap.

c. Hasil dari penelitian ini diharapkan dapat sebagai referensi bagi peneliti lainnya, terkait kulkas.

1.5. Batasan Masalah

Penelitian akan dibatasi pada pembuatan kulkas dengaan siklus kompresi uap dengan menggunakan komponen dengan spesifikasi sebagai berikut :

a. Kompresor dengan daya ¼ PK.

b. Evaporator dan kondenser yang dipergunakan merupakan evaporator dan kondenser standar untuk mesin pendingin dengan daya ¼ PK.

c. Panjang pipa kapiler yang digunakan adalah 175 cm, diameter pipa kapiler 0,028 inch.

d. Refrijeran yang digunakan dalam kulkas adalah R134a.

e. Beban pendinginan yang digunakan adalah air dengan volume 1500 ml. f. Temperatur awal beban pendinginan sama dengan temperatur udara

4

BAB II

DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Dasar Teori

2.1.1. Kulkas

Kulkas atau yang lebih dikenal dengan nama refrigerator ini merupakan alat yang dapat menyerap kalor yang berada di sekeliling evaporator, karena di dalamnya terjadi sirkulasi dari bahan pendingin atau refrijeran. Refrijeran bersirkulasi melepas kalor di konderser dan menyerap kalor di evaporator, serta terjadi perubahan fase pada kondenser dan evaporator. Sirkulasi refrijeran tersebut terjadi secara berulang dan terus menerus selama kompresor menyala. Di dalam sirkulasi ini jumlah refrijeran yang digunakan tetap, yang berubah hanya fasenya.

Komponen utama dari kulkas adalah kompresor, kondensor, pipa kapiler , evaporator dan refrijeran. Kompresor bekerja dengan cara mensirkulasikan refrijeran. Kondensor terletak di belakang kulkas dan bersentuhan dengan udara luar, sedangkan evaporator terletak di dalam kulkas yang akan berfungsi untuk mendinginkan isi kulkas. Pipa kapiler berfungsi untuk menurunkan tekanan.

2.1.2. Kulkas dan spesifikasinya

Beberapa kulkas dan spesifikasinya dari pabrikan, disajikan secara

berturut- turut : (a) Kulkas tipe X1, (b) Kulkas tipe X2, (c) Kulkas tipe X3. Nama sebenarnya dari kulkas sengaja disamarkan.

a. Kulkas tipe X1

Gambar 2.1. Kulkas tipe X1

Spesifikasi : Model pr 16wvg

Fitur :Shelf: 1

Egg Pocket: 2

Bottle Pocket: 2

Adjustable Foot : Yes

Kapasitas :Net: 143 Liter

Gross: 160 Liter

Konsumsi Daya : 65 Watt

Dimensi : 530 x 513 x 1082 mm (WxDxH)

Refrijeran : R134a

Kompresor : Hermetik

Kondenser : Tipe U

Evaporator : Plat datar

b. Kulkas tipe X2

Gambar 2.2. Kulkas tipe X2

Spesifikasi : Model SR-D166SB

Voltage220 V/50 Hz

Power Input : 70 Watt

Dimensions (WxDxH) : 505 x 510 x 1000 Net

Freon : HFC-134a (Non-CFC)

Features :Semi Auto Defrost

Low Voltage Running Pre-Coated Metal Exclusive

Refrijeran : R134a

Kompresor : Hermetik

Kondenser : Tipe U

Evaporator : Plat datar

c. Kulkas tipe X3

Fitur :High Value and elegant 'Diamond Cut' design

Double Rotation Compressor system [DRC] Vegerator

Organize+ RoHS free PCM Cabinet

Kapasitas : 160 L (nett)

164 L (gross)

Konsumsi Daya : 79 watt

Dimensi : 525 x 510 x 1209 mm (W x D x H)

Berat : 27 Kg

Refrijeran : R134a

Kompreso : Hermetik

Kondenser : Tipe U

Evaporator : Plat datar

2.1.3. Komponen Utama Mesin Pendingin Siklus Kompresi Uap

Komponen utama kulkas dengan menggunakan siklus kompresi uap terdiri dari beberapa komponen utama seperti : kompresor, evaporator, kondenser, pipa kapiler dan filter.

Gambar 2.4. Komponen utama mesin kulkas

a. Kompresor

Fungsi kompresor pada kulkas adalah untuk menaikan tekanan refrijeran dari tekanan rendah menjadi tekanan tinggi.

Jenis-jenis kompresor menurut prinsip kerjanya yang banyak digunakan pada mesin pendingin siklus kompresi uap standar adalah sebagai berikut :

1. Kompresor jenis piston

Kompresor jenis piston banyak digunakan pada kulkas, freezer dan mesin pendingin lain yang memerlukan kapasitas pendinginan yang tidak terlalu besar. 2. Kompresor jenis rotary

Gambar 2.6. Kompresor jenis rotary

Kompresor jenis rotary banyak digunakan pada mesin pengkondisian udara jenis sentral, mesin pengkondisian udara rumah tangga dan mesin pendingin lain yang memerlukan kapasitas pendinginan yang besar.

Jenis-jenis kompresor jika dilihat dari posisi motor penggeraknya, dapat dibagi menjadi tiga jenis : kompresor hermetik, kompresor semi hermetik dan kompresoropen type

1. Kompresor hermetik

Kompresor hermetik adalah kompresor yang motor penggerak dan kompresornya berada dalam suatu rumahan yang tertutup. Motor penggerak langsung memutarkan poros dari kompresor sehingga putaran motor penggerak sama dengan kompresor.

- Bentuknya kecil, kompak dan harganya murah.

- Tidak memakai sil pada porosnya, sehingga jarang terjadi kebocoran.

- Tidak memakai tenaga penggerak dari luar sehingga tingkat kebisingannya rendah.

Kerugian dari kompresor hermetik adalah :

- Kerusakan yang terjadi didalam kompresor susah dideteksi sebelum rumah kompresor dibuka.

- Ketinggian minyak pelumas kompresor susah diketahui. 2. Kompresor semi-hermetik

Kompresor semi adalah kompresor yang motor serta kompresornya berada di dalam satu tempat atau rumahan, akan tetapi motor penggeraknya terpisah dari kompresor. Kompresor digerakan oleh motor penggerak melalui sebuah poros penggerak.

3. KompresorOpen type

Kompresor open type adalah kompresor yang motor penggeraknya terpisah dengan kompresor. Kompresor digerakan oleh motor penggerak melalui hubungan sabuk. Kompresor ini umumnya digunakan pada mesin pendingin dengan kapasitas besar.

Keuntungan kompresoropen type:

- Jika terjadi kerusakan kita dapat dengan mudah melakukan penggantian komponen.

- Ketinggian minyak pelumas dapat diketahui dengan lebih mudah. - Putaran kompresor dapat diubah dengan cara mengubah diameter puli.

- Pada daerah yang belum tersedia listrik, kompresor dapat bekerja dengan sumber tenaga lain seperti mesin diesel.

Kekurangan kompresoropen type: - Bentuknya besar dan berat. - Berharga mahal.

b. Evaporator

Evaporator pada kulkas merupakan tempat perubahan fase refrijeran dari cairan menjadi gas (penguapan). Pada saat perubahan fase ini diperlukan energi kalor, energi kalor diambil dari lingkungan evaporator yaitu dari bagian dalam kulkas. Proses perubahan fase yang terjadi di evaporator berlangsung pada tekanan dan suhu yang tetap.

Gambar 2.7. Evaporator kulkas c. Kondenser

Kondenser pada kulkas merupakan tempat perubahan fase refrijeran dari gas menjadi cairan (pengembunan atau kondensasi). Pada proses yang terjadi pada kondenser, kondenser mengeluarkan kalor, kalor yang dikeluarkan kondenser

dibuang keluar dan diambil oleh udara sekitar. Proses kondensasi berlangsung pada tekanan yang tetap . Suhu kondensasi lebih tinggi dari suhu udara disekitar kondenser.

Gambar 2.8. Kondenser d. Pipa Kapiler

Pipa kapiler pada kulkas berfungsi untuk menurunkan tekanan refrijeran. Pipa kapiler dipasang diantara kondenser dan evaporator, pada sisi masuk dari pipa kapiler dipasangi filter. Ketika refrijeran mengalir di dalam pipa kapiler refrijeran mengalami penurunan tekanan karena diameter pipa yang sangat kecil. Diameter pipa kapiler yang umum digunakan pada mesin pendingin adalah 0,026 inch dan 0, 028 inch.

e. Filter

Filter pada mesin pendingin berfungsi untuk menyaring kotoran dari refrijeran yang melewatinya sehingga kotoran tidak mengganggu kinerja dari mesin pendingin. Filter juga berfungsi untuk menangkap uap air dari refrijeran yang melewatinya. Jika tidak ada filter, kotoran dapat masuk ke pipa kapiler yang berukuran lebih kecil dari pipa aliran refrijeran sebelumnya dan bisa membuat aliran di dalam pipa kapiler menjadi buntu. Demikian juga dengan uap air, karena suhu yang dingin dapat menyebabkan air menjadi beku di dalam pipa yang menyebabkan aliran refrijeran menjadi buntu.

Gambar 2.10. Filter

2.1.4. Laju Perpindahan Kalor

Laju perpindahan kalor pada mesin pendingin terdiri atas dua jenis yaitu laju perpindahan kalor konduksi dan laju perpindahan kalor konveksi.

Perpindahan panas (heat transfer) adalah ilmu yang mempelajari perpindahan energi sebagai akibat dari adanya perbedaan temperatur diantara dua medium. Sebagai contoh perbedaan temperatur pada kedua medium plat padat, atau medium padat dengan fluida. Energi yang berpindah disebut dengan istilah

kalor (heat). Kalor (heat) bergerak dari temperatur tinggi ke temperatur rendah. Proses ini akan berlangsung secara terus menerus sampai tidak ada perubahan temperatur diantara kedua medium tersebut. Perpindahan kalor dapat terjadi dengan berbagai cara seperti perpindahan kalor konveksi, perpindahan kalor konduksi dan radiasi.

2.1.5. Perpindahan Kalor Konveksi

Perpindahan kalor konveksi adalah perpindahan panas yang terjadi antara permukaan padat dengan fluida yang mengalir disekitarnya. Perpindahan kalor konveksi membutuhkan media (fluida atau gas) yang digunakan untuk mengalirkan kalor. Contoh perpindahan kalor secara konveksi dapat dilihat saat proses perebusan air. Gambar 2.11. dan gambar 2.12. menunjukkan contoh perpindahan kalor secara konveksi.

Gambar 2.12. Perpindahan Kalor Konveksi.

Persamaan perpindahan panas konveksi dikenal sebagai hukum Newton untuk pendinginan, yang dirumuskan sebagai berikut :

= . ( − ) ...(2.1)

Pada persamaan (2.1) :

q = laju perpindahan kalor (W)

h = koefisien perpindahan panas konveksi W/(m².⁰C)

A = luas permukaan yang bersentuhan dengan fluida (m²)

Ts = temperatur permukaan plat (⁰C)

T∞ = temperatur fluida yang mengalir di atas permukaan (⁰C)

Perpindahan kalor secara konveksi terjadi pada udara atau fluida yang mengalir (zat cair dan gas) dan tidak dapat berlangsung pada benda padat. Perpindahan kalor secara konveksi ada dua macam yaitu konveksi paksa dan konveksi bebas.

a. Konveksi bebas / konveksi alamiah (free convection / natural convection) Perpindahan panas yang disebabkan oleh perbedaan masa jenis dan tidak adanya tenaga atau peralatan bantu dari luar yang mendorong.

Contoh: plat panas dibiarkan berada di udara sekitar tanpa ada sumber gerakan dari luar.

b. Konveksi paksa (forced convection)

Konveksi paksa berlawanan dengan konveksi bebas. Pada konveksi paksa perpindahan panas aliran gas atau cairan disebabkan adanya tenaga atau peralatan bantu dari luar. Contoh: plat panas diberi aliran air atau udara dengan blower.

2.1.6. Perpindahan Kalor Konduksi

Perpindahan panas konduksi adalah perpindahan panas jika panas mengalir dari tempat yang suhunya tinggi ke tempat yang suhunya rendah, dengan media pengantar panas tetap. Perpindahan panas konduksi dapat berlangsung pada benda padat,cair dan gas. Contoh perpindahan panas konduksi pada dinding yang mempunyai permukaan dinding-dinding yang berbeda, seperti pada Gambar 2.13.

Persamaan laju umum untuk perpindahan panas dengan cara konduksi dikenal dengan hukum Fourier yang dirumuskan dengan persamaan (2.2) :

q = -k.A. = - k.A.( )

△ = k.A.

( )

Δ ...(2.2)

Pada persamaan (2.2) :

q = laju perpindahan panas (W)

=( )

△ = gradien suhu perpindahan panas(-C/m)

k = konduktivitas thermal bahan (W/m.C)

A = luas permukaan yang tegak lurus arah perpindahan kalor (m²)

Nilai minus (-) dalam persamaan menunjukkan bahwa panas selalu berpindah ke temperatur yang lebih rendah.

2.1.7. Refrijeran

Refrijeran adalah fluida kerja yang bersirkulasi dalam siklus kompresi uap dari kulkas. Refrijeran berfungsi sebagai media untuk menyerap kalor dari benda-benda yang berada di dalam evaporator dan membuangnya ke lingkungan sekitar kondenser.

a. Syarat-syarat refrijeran

Refrijeran yang dipergunakan dalam kulkas yang menggunakan siklus kompresi uap sebaiknya mememiliki sifat-sifat sebagai berikut :

- Tidak menyebabkan korosi pada bahan logam yang yang dipakai pada mesin pendingin.

- Tidak dapat terbakar atau meledak jika bercampur dengan minyak pelumas, udara dan sebagainya.

- Mempunyai titik didih dan tekanan kondensasi yang rendah.

- Mempunyai kalor laten penguapan yang besar, agar kalor yang diserap evaporator sebesar-besarnya.

- Mempunyai konduktifitas termal yang tinggi. b. Jenis-jenis refrijeran

Refrijeran dibedakan menjadi dua jenis yaitu refrijeran primer dan refrijeran sekunder.

- Refrijeran primer

Refrijeran primer adalah fluida kerja yang digunakan oleh mesin pendingin, yang mengalami siklus kompresi uap. Refrijeran mengalami proses penguapan di evaporator dan mengalami proses pengembunan di kondenser.

- Refrijeran sekunder

Refrijeran sekunder adalah fluida yang didinginkan oleh evaporator pada sistem refrigerasi.

2.1.8. Siklus Kompresi Uap

Skema siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut dan pendinginan lanjut disajikan pada Gambar 2.14.

Gambar 2.14. Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut.

Siklus kompresi uap standar (ideal) pada kulkasdisajikan pada diagram T-s pada gambar 2.15. dan diagram P-h pada gambar 2.16.

Gambar 2.15. Diagram T-s Gambar 2.16. Diagram P-h

Keterangan proses pada Gambar 2.15. dan Gambar 2.16.

,

Gambar 2.14. Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut.

Siklus kompresi uap standar (ideal) pada kulkasdisajikan pada diagram T-s pada gambar 2.15. dan diagram P-h pada gambar 2.16.

Gambar 2.15. Diagram T-s Gambar 2.16. Diagram P-h

Keterangan proses pada Gambar 2.15. dan Gambar 2.16.

,

Gambar 2.14. Siklus kompresi uap dengan pemanasan lanjut.

Siklus kompresi uap standar (ideal) pada kulkasdisajikan pada diagram T-s pada gambar 2.15. dan diagram P-h pada gambar 2.16.

Gambar 2.15. Diagram T-s Gambar 2.16. Diagram P-h

Keterangan proses pada Gambar 2.15. dan Gambar 2.16.

Proses 1-2 : Kompresi adiabatik dan reversible dari keadaan uap jenuh menuju keadaan gas panas lanjut (berlangsung pada nilai entropi yang tetap).

Proses adiabatik adalah proses perubahan dimana tidak ada pengaruh panas dengan sekitarnya.

Reversible adalah proses yang dalam arah sebaliknya kembali suhunya.

Proses 2-2’ : Penurunan suhu refrijeran dari keadaan gas panas lanjut ke keadaan uap jenuh.

Proses 2’-3 : Kondensasi refrijeran yang berlangsung pada tekanan dan suhu yang tetap.

Proses 3-4 : Penurunan tekanan yang berlangsung pada entalpi konstan

Proses 4-1 : Proses pendidihan refrijeran yang berlangsung pada tekanan dan suhu yang tetap.

2.1.9. Pendinginan Lanjut

Pendinginan lanjut adalah proses untuk mengkondisikan agar refrijeran yang keluar dari kondenser benar-benar dalam kondisi cair. Proses pengkondisian ini diperlukan agar ketika refrijeran masuk ke dalam pipa kapiler tidak bercampur dengan gas dan tidak menimbulkan masalah pada sistem pendingin. Jika freon dalam kondisi cair, maka akan memudahkan freon mengalir di dalam pipa kapiler.

Secara teoritis, adanya pendinginan lanjut akan memperbesar nilai COP suatu mesin pendingin, harga nilai ( − ) menjadi lebih besar, seperti diketahui

COP ( − )/( − )

2.1.10. Pemanasan Lanjut

Proses pemanasan lanjut adalah proses untuk mengkondisikan agar freon yang keluar dari evaporator dalam kondisi benar-benar berbentuk gas. Dengan adanya proses pemanasan lanjut, maka freon tidak akan dalam kondisi campuran antara gas dan cair sehingga secara teoritis dapat menaikan nilai COP. Pemanasan lanjut dapat terjadi pada dua bagian yaitu evaporator (hal ini akan meningkatkan efek pendinginan) dan pipa isap di luar evaporator. Pada bagian luar pipa hisap evaporator ada dua kemungkinan, yang pertama di dalam ruang yang didinginkan (akan membantu penyerapan kalor) dan yang kedua di luar ruang yang didinginkan (tidak menguntungkan). Jika terjadi pemanasan lanjut maka volume spesifik uap bertambah besar sehingga nilai Q (beban pendinginan) berkurang dan efek pendinginan bertambah. Selain itu, dengan adanya pemanasan lanjut maka akan merubah nilai kerja kompresor atau Win (dapat bertambah atau berkurang, tergantung pada To dan jenis refigeran yang digunakan). Berikut Gambar 2.17. (a) memperlihatkan siklus kompresi uap pada diagram T-s dan Gambar 2.17. (b) memperlihatkan siklus kompresi uap pada P-h diagram dengan pendinginan lanjut dan pemanasan lanjut :

(a) (b)

Gambar 2.17. (a) Diagram T-s dan (b) P-h Pemanasan Lanjut dan Pendinginan Lanjut.

Dengan demikian pemanasan lanjut pada skema mesin pendingin ini dapat membuat refigeran yang masuk ke dalam kompresor benar-benar dalam wujud gas.

Proses-proses yang terjadi pada diagram P-h dan diagram T-s siklus kompresi uap (Gambar 2.17 (a) dan (b)), adalah sebagai berikut :

a. 1 - 2 : proses kompresi adiabatik dan reversible.

b. 2-2’ : proses penurunan suhu dari gas panas lanjut ke uap jenuh. c. 2-3’ : proses kondensasi pada tekanan dan temperatur yang tetap. d. 3’- 3 : proses pendinginan lanjut.

e. 3 - 4 : proses penurunan tekanan yang berlangsung pada entalpi yang tetap.

f. 4 – 1’ : proses penguapan refrijeran yang berlangsung pada tekanan dan suhu yang tetap.

g. 1’-1 : proses pemanasan lanjut.

2.1.11. Perhitungan Karakteristik Mesin Pendingin

Dengan bantuan diagram entalpi-tekanan, nilai eltalpi disetiap keadaan siklus kompresi uap dapat diketahui : Kerja kompresor, energi kalor yang diserap evaporator, energi kalor yang dilepas kondenser dan koefisien prestasi (COP). a. Kerja kompresor (Win)

Kerja kompresor persatuan massa refrijeran merupakan perubahan entalpi pada titik 1-2 di Gambar 2.17, yang dapat dihitung dengan persamaan (2.3)

Win= (h2– h1 ) ... (2.3)

Pada persamaan (2.3)

Win = kerja kompresor, (kJ/kg).

= nilai entalpi refrijeran masuk dari kompresor persatuan massa, (kJ/kg). = nalai entalpi refrijeran keluar dari kompresor persatuan massa, (kJ/kg) b. Energi kalor persatuan massa refrijeran yang dilepas oleh kondenser

Energi kalor persatuan massa refrijeran yang dilepas oleh kondenser merupakan perubahan entalpi pada titik 2-3 di Gambar 2.17, perubahan entalpi tersebut dapat dihitung dengan persamaan (2.4).

Qout= h3– h2... (2.4)

Pada persamaan (2.4)

Qout= energi kalor yang dilepas kondenser perstuan massa, kJ/kg.

= nilai entalpi refrijeran masuk dari kompresor persatuan massa, (kJ/kg). = nilai entalpi refrijeran keluar dari kompresor persatuan massa, (kJ/kg). c. Energi kalor persatuan massa yang diserap evaporator

Energi kalor persatuan massa yang diserap oleh evaporator merupakan proses perubahan entalpi pada titik 4-1 di Gambar 2.14, perubahan entalpi tersebut dapat dihitung dengan persamaan (2.5).

Qin= (h1– h4 )... (2.5)

Pada persamaan (2.5)

Qin= energi kalor yang diserap evaporator persatuan massa, (kJ/kg).

= nilai entalpi refrijeran keluar dari evaporator persatuan massa, (kJ/kg).

= nilai entalpi refrijeran keluar dari pipa kapiler persatuan massa, (kJ/kg). d. Koefisien prestasi (COP)

Koefisien prestasi siklus kompresi uap standar adalah dampak refrijerasi dibagi kerja kompresi, yang dapat dihitung dengan persamaan (2.6) .

COPaktual= Qin/Win = (h1-h4) / (h2-h1) ...( 2.6)

2.2. Tinjauan Pustaka

Amna Citra Farhani (2007) meneliti tentang pengaruh penggantian R-12 dengan R-22 pada mesin pendingin. Hasil penelitian memperlihatkan bahwa penggantian R-22 pada mesin pendingin kompresi uap yang mempergunakan refrijeran R-12 mempengaruhi kinerja komponen mesin pendingin. Efek pendinginan, panas buang kondensor dan kerja kompresi yang dihasilkan pada mesin yang menggunakan R-22 lebih besar, namun tidak diikuti dengan laju pendinginan yang cepat. Besarnya nilai ketiga parameter ini dikarenakan besarnya laju aliran massa yang terjadi. Suhu evaporasi yang dapat dicapai R-22 lebih rendah daripada R-12 karena kurangnya kalor serap air sebagai medium pendingin.

Witjahjo (2009) melakukan uji prestasi mesin pendingin dengan menggunakan LPG (liquified petroleum gas) sebagai fluida kerja. Pada penelitian ini, LPG digunakan sebagai pengganti refrijeran R-12 karena LPG dianggap mempunyai sifat termodinamika yang mendekati sifat termodinamika R-12. Hasil dari pengujian yang telah dilakukan memberikan indikasi bahwa LPG dapat digunakan sebagai refrijeran pengganti R-12 terutama pada beban pendinginan sedang.

Anwar (2010) melakukan penelitian tentang efek beban pendinginan terhadap performa sistem mesin pendingin. Penelitian ini membahas tentang efek beban pendingin terhadap kinerja sistem mesin pendingin meliputi kapasitas refrigerasi, koefisien prestasi dan waktu pendinginan. Metode yang digunakan adalah metode eksperimental dengan variasi beban pendingin yang diperoleh dengan menempatkan bola lampu 60, 100, 200, 300 dan 400 watt didalam ruang pendingin. Hasil dari penelitian ini menunjukan bahwa perfoma optimum pada pengujian selama 30 menit diperoleh pada bola lampu 200 watt dengan COP sebesar 2,64. Sedangkan untuk waktu pendinginan diperolah paling lama oleh beban paling tinggi (bola lampu 400 watt).

Willis (2013) melakukan penelitian yang membandingkan prestasi kerja refrijeran R22 dengan R134a pada mesin pendingin. Penelitian ini membahas mengenai perbandingan antara refrijeran R22 da R134a untuk menentukan refrijeran mana yang lebih baik digunakan, baik dari efek refrijerasi, koefisien prestasi (COP) dan ramah lingkungan. Dari hasil penelitian yang dilakukan pada kedua jenis refrijeran, diketahui bahwa karakteristik dari kedua refrijeran berbeda

yang berpengaruh pada perstasi kerjanya. R22 dari segi prestasi kerjanya lebih baik dari R134a, Tetapi R22 tidak ramah lingkungan sebaliknya R134a lebih ramah lingkungan tetapi prestasi kerjanya lebih rendah dari R22.

28

BAB III

PEMBUATAN ALAT DAN METODOLOGI PENELITIAN

3.1. Pembuatan Alat 3.1.1. Komponen Kulkas

Komponen kulkas yang digunakan dalam penelitian ini adalah kompresor , kondenser, evaporator, filter dan pipa kapiler.

a. Kompresor

Spesifikasi kompresor yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut :

Gambar 3.1 Kompresor Jenis kompresor :Hermetic Refrigeration Seri kompresor : AE1370DB

Voltase : 220 V Arus : 1,35 A Daya kompresor : ¼ PK

b. Kondenser

Spesifikasi kondenser yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut :

Gambar 3.2 Kondenser Jenis kondenser : Tipe U

Jumlah U : 16

Panjang pipa : 1032 cm Diameter pipa : 0,5cm

Bahan pipa : Baja

Bahan sirip : Baja

Diameter sirip : 0,12 cm Jarak antar sirip : 1 cm Jumlah sirip : 92 buah

c. Pipa kapiler :

Spesifikasi pipa kapiler yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut :

Gambar 3.3 Pipa kapiler Panjang pipa kapiler : 175 cm

Diameter pipa kapiler : 0,028 inch. Bahan pipa kapiler : Tembaga d. Evaporator

Spesifikasi evaporator yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut :

Jenis evaporator : plat datar Bahan evaporator : Baja galvanis Ukuran plat : 100 cm x 23 cm

3.1.2. Peralatan Pendukung Pembuatan Kulkas a. Pemotong pipa

Fungsi pemotong pipa adalah untuk memotong pipa pada proses pembuatan kulkas. Dengan pemotong pipa ini dapat diperoleh hasil pemotongan yang bagus dan tidak merusak diameter pipa, dan menghasilkan butiran-butiran pemotongan pipa yang sedikit. Pemotongan pipa juga dapat dilakukan dengan mudah,

Gambar 3.5 Pemotong pipa b. Pelebar pipa

Fungsi pelebar pipa adalah untuk memperbesar ujung diameter dari pipa agar memper mudah proses penyambungan pipa dan pengelasan.

Gambar 3.6 Pelebar pipa c. Tang

Fungsi tang adalah untuk menahan pipa pada saat proses pengelasan.

Gambar 3.7 Tang d. Manifold gauge

Fungsi manifold gauge adalah untuk mengukur tekanan refrijeran pada saat pengisian refrijeran pada kulkas maupun pada saat kulkas beroperasi.

Gambar 3.8 Manifold gauge e. Termokopel

Termokopel adalah alat yang digunakan untuk mengukur suhu pada kondisi atau tempat yang sudah ditetapkan. Prinsip kerjanya ujung kabel ditempelkan pada bagian yang akan diukur kemudian sensor akan secara otomatis bekerja dan hasilnya ditampilkan pada layar digital, seperti ditunjukkan pada Gambar 3.9

Gambar 3.9 Termokopel digital Gambar 3.8 Manifold gauge e. Termokopel

Termokopel adalah alat yang digunakan untuk mengukur suhu pada kondisi atau tempat yang sudah ditetapkan. Prinsip kerjanya ujung kabel ditempelkan pada bagian yang akan diukur kemudian sensor akan secara otomatis bekerja dan hasilnya ditampilkan pada layar digital, seperti ditunjukkan pada Gambar 3.9

Gambar 3.9 Termokopel digital Gambar 3.8 Manifold gauge e. Termokopel

Termokopel adalah alat yang digunakan untuk mengukur suhu pada kondisi atau tempat yang sudah ditetapkan. Prinsip kerjanya ujung kabel ditempelkan pada bagian yang akan diukur kemudian sensor akan secara otomatis bekerja dan hasilnya ditampilkan pada layar digital, seperti ditunjukkan pada Gambar 3.9

f. Tang ampere

Tang ampere berfungsi untuk mengukur besarnya arus listrik yang masuk ke kompresor. Beberapa macam alat pengukur dapat digunakan, tapi alat yang paling mudah untuk digunakanya itu menggunakan tang ampere karena kita tidak perlu melakukan pengkabelan dan fleksibel.

Gambar 3.10. Tang ampere

3.1.3. Langkah - langkah Pembuatan kulkas

Langkah – langkah pembuatan kulkas adalah sebagai berikut : a. Mempersiapkan komponen komponen kulkas dan alat ukur tekanan. b. Mempersiapkan komponen pendukung pembuatan kulkas..

c. Proses penyambungan komponen komponen kulkas beserta dengan alat ukur tekanan.

d. Proses pengisian metil e. Proses pemvakuman kulkas.

g. Pemasangan alat ukur suhu/termokopel. h. Proses uji coba

.

3.2. Metodologi Penelitian 3.2.1. Objek Penelitian

Objek Penelitian yang dipakai dalam penelitian ini adalah kulkas yang menggunakan siklus kompresi uap hasil buatan sendiri dengan menggunakan komponen standar dari kulkas yang tersedia di pasaran. Modifikasi yang dilakukan adalah melilitkan pipa kapiler sepanjang 175 cm ke pipa keluaran dari evaporator.

3.2.2. Beban Pendinginan

Beban pendinginan yang digunakan pada penelitian ini adalah air dengan volume sebesar 1,5 liter. Kondisi awal air bersuhu 27⁰C (sama dengan suhu udara lingkungan).

3.2.3. Cara Pengambilan Data

Langkah-langkah yang diperlukan dalam pengambilan data :

a) Termokopel pada posisi yang diinginkan. Pada penelitian posisi termokopel ditempatkan pada : (1) saluran pipa sebelum masuk kompresor (2) sesudah kompresor (3) kondenser (4) saluran keluar kondenser (5) saluran masuk evaporator (6) evaporator dan (7) saluran keluar evaporator.

Gambar 3.11. Lokasi penempatan termokopel dan alat ukur tekanan.

b. Menempatkan alat ukur tekanan pada saluran refrigerasi sebelum masuk dan setelah keluar kompresor.

c. Pengambilan data suhu dan tekanan dilakukan ketika kulkas beroprasi, pencatatan suhu dan tekanan di setiap posisi dilakukan setiap selang waktu tertentu.

3.2.4. Cara Pengolahan data

Pengolahan data dilakukan dengan cara sebagai berikut :

a. Data yang diperoleh dari penelitian dipergunakan untuk mendapatkan nilai nilai entalpi disetiap keadaan yang ditetapkan yang diperoleh dari grafik p-h diagram.

Gambar 3.11. Lokasi penempatan termokopel dan alat ukur tekanan.

b. Menempatkan alat ukur tekanan pada saluran refrigerasi sebelum masuk dan setelah keluar kompresor.

c. Pengambilan data suhu dan tekanan dilakukan ketika kulkas beroprasi, pencatatan suhu dan tekanan di setiap posisi dilakukan setiap selang waktu tertentu.

3.2.4. Cara Pengolahan data

Pengolahan data dilakukan dengan cara sebagai berikut :

a. Data yang diperoleh dari penelitian dipergunakan untuk mendapatkan nilai nilai entalpi disetiap keadaan yang ditetapkan yang diperoleh dari grafik p-h diagram.

Gambar 3.11. Lokasi penempatan termokopel dan alat ukur tekanan.

b. Menempatkan alat ukur tekanan pada saluran refrigerasi sebelum masuk dan setelah keluar kompresor.

c. Pengambilan data suhu dan tekanan dilakukan ketika kulkas beroprasi, pencatatan suhu dan tekanan di setiap posisi dilakukan setiap selang waktu tertentu.

3.2.4. Cara Pengolahan data

Pengolahan data dilakukan dengan cara sebagai berikut :

a. Data yang diperoleh dari penelitian dipergunakan untuk mendapatkan nilai nilai entalpi disetiap keadaan yang ditetapkan yang diperoleh dari grafik p-h diagram.

Gambar 3.12. Contoh penggunaan p-h diagram untuk mencari entalpi b. Dari nilai nilai entalpi yang didapat kemudian dipergunakan untuk

menghitung besarnya energi persatuan massa yang dilepas kondenser, energi persatuan massa yang diserap evaporator, kerja kompresor dan COP kulkas. 3.2.5. Cara Mendapatkan Kesimpulan

Kesimpulan didapatkan dari hasil penelitian yang didasarkan pada data-data hasil penelitian dan dari pembahasan yang telah dilakukan dengan mempertimbangkan hasil hasil penelitian terdahulu yang dilakukan oleh peneliti lain.

39

BAB IV

HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

4.1. Hasil Penelitian

a. Nilai tekanan masuk dan tekanan keluar kompresor

Hasil penelitian untuk tekanan masuk dan tekanan keluar kompresor disajikan pada Tabel 4.1

Tabel 4.1 Tekanan masuk dan keluar kompresor

No Waktu

(Menit)

P1 P2

psi

1 5 190 2

2 25 170 3

3 45 175 3

4 65 175 3,5

5 85 185 3,5

6 105 195 5

7 125 190 5

8 145 190 4

9 215 192 4

10 305 195 4

11 395 195 5

12 485 190 5

b. Nilai suhu masuk dan keluar kompresor

Hasil penelitian untuk nilai suhu masuk dan suhu keluar kompresor pada disajikan Tabel 4.2.

Tabel 4.2 Suhu masuk dan keluar kompresor

No Waktu

(Menit)

T1 T2

⁰C

1 5 25 64,7

2 25 24 69

3 45 24,2 72,7

4 65 23,8 74.3

5 85 24 76,8

6 105 24,3 75

7 125 23,2 76,3

8 145 23,4 76

9 215 23,3 76.8

10 305 23,9 76,2

11 395 23,5 76,3

12 485 23,9 76,7

c. Nilai suhu masuk dan keluar kondenser

Hasil penelitian suhu masuk dan keluar kondenser disajikan pada Tabel 4.3. Tabel 4.3 Suhu masuk dan keluar kondenser

No Waktu

(Menit)

T2 T3

⁰C

1 5 64,7 42,5

2 25 69 41.2

3 45 72,7 42,3

4 65 74,3 41,5

5 85 76,8 41.1

6 105 75 40,2

7 125 76,3 41

8 145 76 41,3

9 215 76,8 41.5

10 305 76,2 40,8

11 395 76,3 42.1

d. Nilai suhu masuk dan keluar evaporator

Hasil penelitian untuk nilai suhu masuk dan keluar evaporator disajikan pada Tabel 4.4

Tabel 4.4 Suhu masuk dan keluar evaporator

No Waktu

(Menit)

T4 T5

⁰C

1 5 -4 7

2 25 -6,2 4,4

3 45 -6,6 4,9

4 65 -8,2 5,1

5 85 -8,3 5

6 105 -8,8 3,6

7 125 -9 1,3

8 145 -9,2 0,8

9 215 -8,9 1,8

10 305 -8,8 1,5

11 395 -8,9 1,2

12 485 -8,9 1,6

e. Suhu kerja evaporator dan kondenser

Nilai suhu kerja evaporator dan suhu kerja kondenser disajikan pada Tabel 4.5

Tabel 4.5 Suhu kerja evaporator dan kondenser

No Waktu

(menit)

Tkond Tevap

T (⁰C)

1 5 42,8 -19.6

2 25 42 -20,9

3 45 42,6 -21,4

4 65 42 -21,4

5 85 42.1 -21,9

6 105 41,9 -22,5

7 125 41,9 -22,6

8 145 41,6 -22,4

9 215 41,7 -22,1

f. Nilai entalpi

Nilai entalpi pada tiap titik pengambilan data suhu disajikan pada Tabel 4.5 Tabel 4.6. Nilai entalpi

No Waktu

(Menit)

Entalpi (kJ/kg)

h1 h2 h3 h4 h5

1 5 425 445 258 258 409

2 25 424 448 258 258 407

3 45 425 456 258 258 408

4 65 424 457 259 259 408

5 85 424 458 259 259 408

6 105 424 455 257 257 406

7 125 423 457 258 258 404

8 145 423 457 259 259 403

9 215 423 458 259 259 405

10 305 424 458 258 258 404

11 395 423 458 259 259 404

12 485 423 458 259 259 404

4.2. Perhitungan a. Kerja kompresor

Perhitungan nilai kerja dari kompresor dapat dihitung dengan persamaan (2.3) yaitu : Win= (h2– h1) ,kJ/kg. Hasil perhitungan disajikan pada Tabel 4.7

No Waktu

(menit)

h2 h1

Win(kJ/kg) kJ/kg

1 5 445 399 46

2 25 444 395 49

3 45 450 393 57

4 65 453 392 61

Tabel 4.5 lanjutan

No Waktu

(menit)

Tkond Tevap

T (⁰C)

11 395 42,3 -22

Tabel 4.7 lanjutan No Waktu (menit) h2 h1 Win(kJ/kg) kJ/kg

5 85 455 392 63

6 105 455 392 63

7 125 457 393 64

8 145 455 394 64

9 215 455 392 63

10 305 461 392 69

11 395 461 391 70

12 485 459 392 67

Tabel 4.7 Kerja kompresor persatuan massa refrijeran

b. Energi kalor yang dilepas kondenser

Perhitungan nilai energi kalor yang dilepas kondenser dapat dihitung dengan persamaan (2.4) yaitu : Qout = (h3– h2) , kJ/kg. Hasil perhitungan disajikan pada

Tabel 4.8

Tabel 4.8 Energi kalor persatuan massa refrijeran yang dilepas kondenser.

No Waktu (menit) h3 h2 Qout (kJ/kg) kJ/kg

1 5 268 445 -177

2 25 265 444 -179

3 45 265 450 -185

4 65 267 453 -186

5 85 268 455 -187

6 105 270 455 -185

7 125 268 457 -189

8 145 267 455 -188

9 215 267 455 -188

10 305 267 461 -194

11 395 268 461 -193

c. Energi kalor yang dihisap evaporator

Perhitungan energi kalor yang dihisap evaporator dapat dihitung dengan persamaan (2.5) yaitu : Qout= (h5– h4) , kJ/kg. Hasil perhitungan disajikan pada

Tabel 4.9.

Tabel 4.9. Energi kalor persatuan massa refrijeran yang diserap evaporator

d. Koefisien Prestasi (COP Aktual)

Perhitungan koefisien prestasi dapat dihitung dengan persamaan (2.6) yaitu : COPaktual= Qin/Win. Hasil perhitungan disajikan pada Tabel 4.10.

Tabel 4.10. COP aktual

No Waktu (menit) h5 h4 Qin (kJ/kg) kJ/kg

1 5 402 268 134

2 25 397 265 132

3 45 398 265 133

4 65 398 267 131

5 85 397 268 129

6 105 397 270 127

7 125 398 268 130

8 145 399 267 132

9 215 398 267 131

10 305 397 267 130

11 395 397 268 129

12 485 396 267 129

No Waktu

(menit)

Qin Wout

COP kJ/kg

1 5 134 46 2,91

2 25 132 49 2,69

3 45 133 57 2,33

4.3. Pembahasan

Hasi pengujian untuk kerja kompresor persatuan massa refrijeran dari waktu t= 5 menit sampai t= 485 menit disajikan pada Gambar 4.1.

Gambar 4.1. Kerja kompresor persatuan massa refrijeran dari t = 5 menit sampai t = 485 menit

Win= 2.10-11_t5_{- 3.10}-08_t4_{+ 2.10}-05_t3_{- 0,004t}2_{+ 0,485t + 42,07} R² = 0,97

0 10 20 30 40 50 60 70 80 5 55 W in , k J/ k g

Tabel 4.10. lanjutan

No Waktu

(menit)

Qin Wout

COP kJ/kg

5 85 129 63 2,05

6 105 127 63 2,02

7 125 130 64 2,03

8 145 132 64 2,06

9 215 131 63 2,08

10 305 130 69 1,88

11 395 129 70 1,84

12 485 129 67 1,93

4.3. Pembahasan

Hasi pengujian untuk kerja kompresor persatuan massa refrijeran dari waktu t= 5 menit sampai t= 485 menit disajikan pada Gambar 4.1.

Gambar 4.1. Kerja kompresor persatuan massa refrijeran dari t = 5 menit sampai t = 485 menit

Win= 2.10-11_t5_{- 3.10}-08_t4_{+ 2.10}-05_t3_{- 0,004t}2_{+ 0,485t + 42,07} R² = 0,97

105 155 205 255 305 355 405

Waktu t, Menit

Tabel 4.10. lanjutan

No Waktu

(menit)

Qin Wout

COP kJ/kg

5 85 129 63 2,05

6 105 127 63 2,02

7 125 130 64 2,03

8 145 132 64 2,06

9 215 131 63 2,08

10 305 130 69 1,88

11 395 129 70 1,84

12 485 129 67 1,93

4.3. Pembahasan

Hasi pengujian untuk kerja kompresor persatuan massa refrijeran dari waktu t= 5 menit sampai t= 485 menit disajikan pada Gambar 4.1.

Gambar 4.1. Kerja kompresor persatuan massa refrijeran dari t = 5 menit sampai t = 485 menit

Win= 2.10-11_t5_{- 3.10}-08_t4_{+ 2.10}-05_t3_{- 0,004t}2_{+ 0,485t + 42,07} R² = 0,97

405 455

Tabel 4.10. lanjutan

No Waktu

(menit)

Qin Wout

COP kJ/kg

5 85 129 63 2,05

6 105 127 63 2,02

7 125 130 64 2,03

8 145 132 64 2,06

9 215 131 63 2,08

10 305 130 69 1,88

11 395 129 70 1,84

Dari hasil perhitungan data kerja kompresor persatuan massa refrijeran nampak bahwa kerja kompresor dengan berjalannya waktu mengalami kenaikan dan sampai pada waktu tertentu nilainya cenderung tetap. Pada penelitian ini nilai kerja kompresor persatuan massa refrijeran mulai tetap pada waktu sekitar t = 305 menit, dengan harga Win sebesar 70 kJ/kg. Jika nilai Win dinyatakan terhadap

waktu t dapat dinyatakan dengan Win = 2.10-11t5– 3.10-08t4+ 2.10-05t3- 0.004t2+

0.485t + 42.07. (berlaku untuk t = 5 menit sampai t = 485 menit).

Hasil perhitungan energi kalor yang dilepas kondenser persatuan massa refrijeran dari waktu t= 5 menit sampai t= 485 menit disajikan pada Gambar 4.2.

Gambar 4.2. Energi yang dilepas kondenser persatuan massa refrijeran dari t = 5 menit sampai t = 485 menit

Qout = -3.10-09t4 + 310-06t3 - 0,001t2 + 0,270t + 174.0 R² = 0,905

175 180 185 190 195

5 105 205 305 405

Qo

u

t

k

J/

k

g

Dari hasil perhitungan data untuk energi kalor yang dilepas kondenser persatuan waktu nampak bahwa energi kalo yang dilepas kondenser dengan berjalannya waktu mengalami kenaikan dan sampai pada waktu tertentu cenderung bernilai tetap. Pada penelitian ini nilai energi kalor persatuan massa refrijeran yang dilepas kondenser mulai tetap pada waktu sekitar t = 145 menit, dengan harga Qkond sebesar 188 kJ/kg. Jika nilai Qout dinyatakan terhadap waktu t

dapat dinyatakan dengan Qout = -3.10-09t4 + 310-06t3 - 0.001t2 + 0.270t + 174.0.

(berlaku untuk t = 5 menit sampai t = 485 menit).

Hasil perhitungan untuk energi kalor yang dihisap evaporator persatuan massa refrijeran dari waktu t= 5 menit sampai t= 485 menit disajikan pada Gambar 4.3.

Gambar 4.3. Energi kalor yang dihisap evaporator persatuan massa refrijeran dari t = 5 menit sampai t = 485 menit

Qin= -8.10-10_t4_{+ 9.10}-07_t3_{- 0,043t + 130,0}

R² = 0,675

120 122 124 126 128 130 132

5 105 205 305 405

Q in , k J/ k g

Dari hasil perhitungan data untuk energi kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrijeran nampak bahwa kerja evaporator dengan berjalannya waktu mengalami kenaikan dan sampai pada waktu tertentu cenderung bernilai tetap.Pada penelitian ini nilai energi kalor persatuan massa refrijeran yang diserap evaporator mulai tetap pada waktu sekitar t = 405 menit, dengan harga Qinsebesar

133 kJ/kg. Jika nilai Qin dinyatakan terhadap waktu t dapat dinyatakan dengan

Qin= -8.10-10t4 + 9.10-07t3 - 0.000t2 + 0.043t + 130.0. (berlaku untuk t = 5 menit

sampai t = 485 menit).

Hasil perhitungan untuk nilai koefisien prestasi aktual (COP aktual) disajikan pada Gambar 4.4.

Gambar 4.4 Nilai koefisien prestasi aktual (COP aktual).

COPaktual = -8.10-13_t5_{+ 1.10}-09_t4_{- 7.10}-07_t3_{+ 0.000t}2_{- 0.021t +}

2.979 R² = 0.982

1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 2.00 2.20 2.40 2.60 2.80 3.00

5 105 205 305 405

C O Pa k tu a l

Dari hasil pengambilan data untuk nilai koefisiensi aktual (COP aktual) dapat dilihat bahwa nilai COP kulkas seiring dengan berjalannya waktu semakin menurun sampai pada waktu tertentu nilai COP kulkas menjadi tetap. Pada penelitian ini nilai COP mesin pendingin mulai tetap pada waktu t = 405 menit, dengan harga COP sebesar 2,83 kJ/kg. Jika nilai COP dinyatakan terhadap waktu t dapat dinyatakan dengan COPaktual = -8.10-13t5+ 1.10-09t4- 7.10-07t3 + 0.000t2 -0.021t + 2.979. (berlaku untuk t = 5 menit sampai t = 485 menit).

50

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan

Hasil penelitian terhadap kulkas yang telah dibuat membuahkan hasil. a. Mesin pendingin sudah berhasil dibuat dan bekerja dengan semestinya.

b. Dari hasil penelitian didapatkan nilai kerja kompresor( )permassa

refrijerator pada saat keadaan tunaknya sebesar 70kJ/kg. Jika nilai Win

dinyatakan terhadap waktu t dapat dinyatakan dengan Win= 2.10-11t5 - 3-08t4 +

2.10-05t3– 0,004t2+ 0,485t + 42,07.

c. Dari hasil penelitian didapatkan nilai kalor yang dilepas kondensor (Qout) permassa refrijerator pada saat keadaan tunaknya sebesar 188 kJ/kg. Jika nilai

Qout dinyatakan terhadap waktu t dapat dinyatakan dengan Qout =-3.10-09t4 +

310-06t3– 0,001t2+ 0,270t + 174,0.

d. Dari hasil penelitian didapatkan nilai kalor yang diserap evaporator (Qin) permassa refrijerator pada saat keadaan tunaknya sebesar 130 kJ/kg. Jika nilai

Qin dinyatakan terhadap waktu t dapat dinyatakan dengan Qin=-8.10-10t4 +

9.10-07t3– 0,000t2+ 0,043t + 130,0.

e. Dari hasil penelitian didapatkan nilai COPaktual permassa refrijerator pada

saat keadaan tunaknya sebesar 1,86. Jika nilai COP dinyatakan terhadap waktu

t dapat dinyatakan dengan COPaktual = -8.10-13t5 + 1.10-09t4 - 7.10-07t3 +

0,000t2– 0,021t + 2,979.

5.2. Saran

a. Penelitian mesin pendingin dapat dikembangkan untuk mesin mesin pendingin yang lain yang mempunyai kapasitas berbeda.

b. Penelitian mesin pendingin dapat dikembangkan untuk mesin mesin pendingin dengan fungsi yang lain.

DAFTAR PUSTAKA

Anwar, 2010, Efek Beban Pendingin Terhadap Performa Sistem Mesin Penndingin.

Farhani, Citra, 2007, Meneliti Tentang Pengaruh Penggantian R-12 Dengan R-22 Pada Mesin Pendingin.

Holman, J.P., 1998, Perpindahan Kalor, Erlangga, Jakarta. Willis, 2013, Prestasi Kerja Refrigeran R22 Dengan R134a.

Witjahjo, 2009, Uji Prestasi Mesin Pendingin Menggunakan Refrigeran LPG.

http://web.ipb.ac.id/~tepfteta/elearning/media/Teknik%20Pendinginan/bab 3.php

https://www.google.co.id/search?q=kulkas&sa=G&tbm=isch&tbo=u&sou rce=univ&ei=tNw7Upe7BMKHrgf_9oFo&ved=0CDsQsAQ

https://www.google.co.id/search?output=search&sclient=psyab&q=kulkas &btnG

LAMPIRAN

Grafik P-h diagram untuk menentukan nilai entalpi pada tiap titik yang telah ditentukan.

1. Menit ke 5

3. Menit ke 45

5. Menit ke 85

7. Menit ke 125

9. Menit ke 215

11. Menit ke 395

LAMPIRAN

Grafik P-h diagram untuk menentukan nilai entalpi pada tiap titik yang telah ditentukan.

1. Menit ke 5

2. Menit ke 25

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

3. Menit ke 45

4. Menit ke 65

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

5. Menit ke 85

6. Menit ke 105

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

7. Menit ke 125

8. Menit ke 145

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

9. Menit ke 215

10. Menit ke 305

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

11. Menit ke 395

12. Menit ke 485

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI